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常见的两种内存开辟方式有:
int var = 20; // 在栈空间上开辟4个字节
char arr[10] = { 0 }; // 在栈空间上开辟10个字节的连续空间
但是上述的开辟空间的方式有两个特点:
但是对于空间的需求,不仅仅是上述的情况。有时候我们需要的空间大小在程序运行的时候才能知道,那数组的编译时开辟空间的方式就不能满足了。 C语言引入了动态内存开辟,让程序员自己可以申请和释放空间,就比较灵活了。
C语言提供了⼀个动态内存开辟的函数:
void* malloc (size_t size);
这个函数向内存申请⼀块连续可用的空间,并返回指向这块空间的指针。
【示例】:内存的申请
C语言提供了另外⼀个函数free,专门是用来做动态内存的释放和回收的,函数原型如下:
void free (void* ptr);
free函数用来释放动态开辟的内存。
malloc和free都声明在 stdlib.h 头文件中。
【示例】:空间的申请及释放
#include<stdlib.h>
int main()
{
// 申请20个字节的空间
int* p = (int*)malloc(20);
if (p == NULL) // 判断是否为空指针
{
perror("malloc");
return 1;
}
// 不为空指针就可以使用
for (int i = 0; i < 5; i++)
{
*(p + i) = i + 1;
}
// 内存的释放
free(p);
p = NULL;
return 0;
}
注意
:
C语言还提供了⼀个函数叫 calloc, calloc 函数也用来动态内存分配。原型如下:
void* calloc (size_t num, size_t size);
【示例】:空间申请 使用malloc函数
#include<stdlib.h>
int main()
{
int* p = (int*)malloc(5 * sizeof(int)); // 申请5个整形大小的空间
if (p != NULL)
{
for (int i = 0; i < 5; i++)
{
*(p + i) = i + 1;
}
}
free(p);
p = NULL;
return 0;
}
malloc函数申请的空间是随机值。
使用calloc函数
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
int main()
{
int* p = (int*)calloc(5, sizeof(int)); // 申请5个整形大小的空间
if (p != NULL)
{
for (int i = 0; i < 5; i++)
{
printf("%d ", *p);
}
}
free(p);
p = NULL;
return 0;
}
使用calloc函数申请空间会直接把每个字节初始化为0,所以如果我们对申请的内存空间的内容要求初始化,那么可以很方便的使用calloc函数来完成任务。
函数原型如下:
void* realloc (void* ptr, size_t size);
ptr 是要调整的内存地址
【示例】:调整空间大小
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
int main()
{
int* p = (int*)malloc(5 * sizeof(int)); // 申请空间
if (p != NULL)
{
for (int i = 0; i < 5; i++)
{
*(p + i) = i + 1;
}
}
// 调整空间大小, 调整为40个字节空间大小
int* ptr = (int*)realloc(p, 10 * sizeof(int));
if (ptr != NULL)
{
p = ptr;
for (int i = 5; i < 10; i++)
{
*(p + i) = i + 1;
}
// 打印
for (int i = 0; i < 10; i++)
{
printf("%d ", *(p + i));
}
free(p);
p = NULL;
}
else // 调整失败
{
perror("realloc");
}
return 0;
}
realloc函数调整空间大小有两种情况:
情况一:当是情况1的时候,要扩展内存就直接原有内存之后直接追加空间,原来空间的数据不发生变化。 情况二:当是情况2的时候,原有空间之后没有足够多的空间时,扩展的方法是:在堆空间上另找⼀个合适大小的连续空间来使用。这样函数返回的是⼀个新的内存地址。
还有一种情况就是空间调整失败了,调整失败会返回一个空指针(NULL)。
void test()
{
int* p = (int*)malloc(INT_MAX);
*p = 20; //如果p的值是NULL,就会有问题
free(p);
}
这里一定要对p进行判断,避免p是一个空指针。
void test()
{
int* p = (int*)malloc(10 * sizeof(int));
if (p != NULL)
{
for (int i = 0; i <= 10; i++)
{
*(p + i) = i + 1; //当i是10的时候越界访问
}
}
free(p);
p = NULL;
}
malloc申请的空间和数组非常相似,都是一个连续的空间,所以要对边界进行把控,避免越界访问。
int main()
{
int a = 10;
int* p = &a;
free(p);
p = NULL;
return 0;
}
注意
:free只能释放动态申请的空间,而局部变量是在栈区的,无法用free释放。
int main()
{
int* p = (int*)malloc(100); // 申请100个字节大小的空间
if (p == NULL)
{
return 1;
}
for (int i = 0; i < 10; i++)
{
*p = i + 1;
p++; // 这里的p不再是动态申请的内存的起始位置
}
free(p);
p = NULL;
return 0;
}
这里的p已经不再指向起始位置,不能对其使用free进行释放。
void test()
{
int* p = (int*)malloc(100);
// ...
free(p);
free(p); // 重复释放
}
这种对动态内存重复释放也是错误的,但可以避免,就是在第一次释放后及时将p置为空指针。
int main()
{
int* p = (int*)malloc(100);
if (p != NULL)
{
*p = 20;
}
while (1);
return 0;
}
动态申请空间未释放会导致这一部分内存无法再次被申请,会一直占用,导致内存泄漏。 切记:动态开辟的空间⼀定要释放,并且正确释放。
【题目1】:
void GetMemory(char* p)
{
p = (char*)malloc(100);
}
void Test(void)
{
char* str = NULL;
GetMemory(str);
strcpy(str, "hello world");
printf(str);
}
请问运行Test 函数会有什么样的结果?
分析:Test函数里面调用GetMemory函数,而GetMemory函数里面开辟了一个100个字节大小的空间,但由于是传值调用,出GetMemory函数时这个申请的空间就被销毁了,所以Test函数里的str还是一个空指针,将字符串拷贝到空指针中必定会对空指针进行解引用操作,导致程序崩溃。 解决:GetMemory使用传址调用,直接对str进行开辟空间,使用完之后及时对开辟空间进行释放,str置为空指针。
【题目2】:
char* GetMemory(void)
{
char p[] = "hello world";
return p;
}
void Test(void)
{
char* str = NULL;
str = GetMemory();
printf(str);
}
请问运行Test 函数会有什么样的结果?
分析:Test函数里面将GetMemory的返回值返回给str,但由于GetMemory函数调用后p就被销毁了,导致str成为了一个野指针,无法打印hello world,这就是返回栈空间地址的问题。
【题目3】:
void GetMemory(char** p, int num)
{
*p = (char*)malloc(num);
}
void Test(void)
{
char* str = NULL;
GetMemory(&str, 100);
strcpy(str, "hello");
printf(str);
}
请问运行Test 函数会有什么样的结果?
分析:Test函数里面将str进行传址调用,在GetMemory函数里面申请100个字节大小的空间,将hello拷贝到str所指向的空间中,但是使用之后并没有使用free函数进行释放,导致内存泄漏。 解决:申请的空间使用完之后要使用free函数进行释放,并将str置为空指针。
【题目4】:
void Test(void)
{
char* str = (char*)malloc(100);
strcpy(str, "hello");
free(str);
if (str != NULL)
{
strcpy(str, "world");
printf(str);
}
}
请问运行Test 函数会有什么样的结果?
分析:Test函数里面str申请了100个字节的空间,将hello拷贝到str所指向的空间中,就直接用free释放掉了,导致str成了野指针,之前将hello拷贝到str中,所以str一定不是空指针,所以下面的if语句一定会执行,打印str空间里的内容会对野指针进行操作导致程序崩溃。
C99 中,结构中的最后⼀个元素允许是未知大小的数组,这就叫做『柔性数组』成员。 【示例】:
struct S
{
int i;
int arr[0]; // 柔性数组成员
//有些编译器会报错⽆法编译可以改成:int arr[];
};
【示例】:
struct S
{
int n;//4个字节
int arr[];//柔性数组
};
int main()
{
printf("%zd\n", sizeof(struct S));
return 0;
}
sizeof只计算不包括柔性数组的内存,所以柔性数组成员前面必须至少一个其他成员,不然结构体的大小将为0。
【示例】: 代码1
#include<stdlib.h>
struct S
{
int n;//4个字节
int arr[];//柔性数组
};
int main()
{
struct S* ps = (struct S*)malloc(sizeof(struct S) + 5 * sizeof(int));
if (ps == NULL)
{
perror("malloc");
return 1;
}
ps->n = 100;
for (int i = 0; i < 5; i++)
{
ps->arr[i] = i;
}
// 释放
free(ps);
ps = NULL;
return 0;
}
malloc函数中sizeof(struct S)计算的是除了柔性数组的空间,后面的才是给柔性数组申请的空间。当然
代码2
struct S
{
int n;
int* arr;
};
int main()
{
struct S* ps = (struct S*)malloc(sizeof(struct S));
if (ps == NULL)
return 1;
ps->arr = (int*)malloc(5 * sizeof(int));
if (ps->arr == NULL)
return 1;
ps->n = 100;
for (int i = 0; i < 5; i++)
{
ps->arr[i] = i;
}
// 调整空间大小
int* ptr = (int*)realloc(ps->arr, 10 * sizeof(int));
if (ptr == NULL)
return 1;
ps->arr = ptr;
// 使用
//...
// 释放
free(ps->arr);
free(ps);
return 0;
}
上述代码1和代码2可以完成同样的功能,但是代码1的实现有两个好处: 第一个好处是:方便内存释放 如果我们的代码是在⼀个给别人用的函数中,你在⾥⾯做了⼆次内存分配,并把整个结构体返回给用户。用户调用free可以释放结构体,但是用户并不知道这个结构体内的成员也需要free,所以你不能指望用户来发现这个事。所以,如果我们把结构体的内存以及其成员要的内存⼀次性分配好了,并返回给用户一个结构体指针,用户做⼀次free就可以把所有的内存也给释放掉。
第二个好处是:这样有利于访问速度 连续的内存有益于提高访问速度,也有益于减少内存碎片。